JP2002228405A - Displacement detection apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the mechanical strength of a displacement detection apparatus, to prevent the damage to a magnet and to enhance the characteristic of a displacement output. SOLUTION: The displacement detection apparatus is provided with a displaceable mechanical element, the magnet which is installed in the inside of a member connected to the mechanical element and which is magnetized in the displacement direction of the mechanical element and a magnetometric sensor which senses a magnetic flux from the magnet and which outputs a sensor output according to the amount of the sensed magnetic flux. On the basis of the sensor output, the displacement of the mechanical element is detected. Since the magnet is housed in the inside of the member connected to the mechanical element, it is possible to prevent the damage to the magnet. When the magnet is formed in a solid shape, the volume of the magnet is increased, and the characteristic of the sensor output can be enhanced. The mechanical element can be formed as an engine vent valve or an armature. In this case, the magnet is housed inside a spring sheet connected to the valve via a transmission shaft.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、機械要素の変位
を検出する装置に関し、より具体的には、電磁アクチュ
エータにより駆動される機械要素の変位を、変位方向に
磁化された磁石から発生する磁束に基づいて検出する装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting a displacement of a mechanical element, and more particularly, to a magnetic flux generated from a magnet magnetized in the direction of displacement by a displacement of a mechanical element driven by an electromagnetic actuator. And a detection device based on the

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に機械要素を駆動するアクチュエー
タにおいて、電磁的に駆動することが行われている。電
磁アクチュエータによる駆動は、電気信号によって電磁
石のコイルを励磁することにより発生する電磁石の吸引
力によって、機械要素を駆動する。電気信号を制御する
ことによって駆動のタイミングおよび駆動力をいかよう
にも変えることができるので、精密なタイミング制御お
よび可変制御が望まれる分野で多く利用されている。2. Description of the Related Art In general, an actuator for driving a mechanical element is electromagnetically driven. The drive by the electromagnetic actuator drives a mechanical element by the attraction force of the electromagnet generated by exciting the coil of the electromagnet with an electric signal. Since the driving timing and driving force can be changed in any manner by controlling the electric signal, it is widely used in fields where precise timing control and variable control are desired.

【０００３】電磁アクチュエータは、典型的には、対向
した電磁石の中間部に、それぞれオフセット荷重を予め
与えた状態の一対のばねで挟まれた可動鉄片すなわちア
マチャを備える。アマチャにはバルブが連結されてい
る。対向した電磁石に交互に電力を供給すると、アマチ
ャが駆動され、よってバルブが駆動される。[0003] An electromagnetic actuator typically includes a movable iron piece or armature sandwiched between a pair of springs in a state where an offset load is applied in advance, at an intermediate portion between opposed electromagnets. A valve is connected to the armature. When power is alternately supplied to the opposing electromagnets, the armature is driven, and thus the valve is driven.

【０００４】ところで、今後の可能性としてエンジン吸
排気バルブには電磁アクチュエータを適用することが望
まれている。電磁アクチュエータによって吸排気バルブ
を駆動すれば、バルブタイミングを多様に制御すること
が可能になり、エンジンの出力特性および燃費の改善が
可能となる。バルブタイミングを適切に制御するには、
電磁アクチュエータによって駆動されるバルブの変位を
正確に検出する必要がある。Incidentally, as a possibility in the future, it is desired to apply an electromagnetic actuator to an engine intake / exhaust valve. When the intake and exhaust valves are driven by the electromagnetic actuator, the valve timing can be variously controlled, and the output characteristics and fuel efficiency of the engine can be improved. To control valve timing properly,
It is necessary to accurately detect the displacement of a valve driven by an electromagnetic actuator.

【０００５】機械要素の変位を検出する様々な方法が提
案されており、たとえば特許公報２７４９７４８号に
は、電磁石と可動磁石部材の間にある空隙の磁束密度を
測定して可動磁石部材の変位を検出する方法が記載され
ている。また同公報の別の実施形態として、電磁石と可
動磁石部材の間にある空隙のキャパシタンスを測定する
ことにより、可動磁石部材の変位を検出する方法が記載
されている。その他にも、例えば過電流を検出すること
により、または差動トランスにより変位を検出する方法
が提案されている。Various methods for detecting the displacement of a mechanical element have been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 2747948 discloses a method for measuring the displacement of a movable magnet member by measuring the magnetic flux density of a gap between an electromagnet and a movable magnet member. A detection method is described. Further, as another embodiment of the publication, a method of detecting the displacement of the movable magnet member by measuring the capacitance of a gap between the electromagnet and the movable magnet member is described. In addition, a method has been proposed in which displacement is detected, for example, by detecting an overcurrent or using a differential transformer.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような方法による変位検出においては、良好なＳ／Ｎ
比を得るのにシールド線などを使用するのでコストが高
くなること、駆動信号と検出信号とが別個であり、波形
整形などの処理回路も必要となるので、ハーネス本数お
よび部品点数が増大すること、微弱信号を検出するので
外乱の影響を受けやすく安定した出力を得ることが困難
であることなどの問題点があった。また、空隙の磁束密
度を測定する場合に線形な出力特性を得るには、上下の
空隙の磁束密度を計測する必要があり、やはり部品点数
が増加するという問題点があった。However, in the displacement detection by the above-described method, a good S / N ratio is required.
The use of shielded wires to obtain the ratio increases the cost, and the drive signal and the detection signal are separate, and a processing circuit for waveform shaping is also required, so the number of harnesses and the number of parts increase. However, since a weak signal is detected, there is a problem that it is easily affected by disturbance and it is difficult to obtain a stable output. Further, in order to obtain a linear output characteristic when measuring the magnetic flux density of the air gap, it is necessary to measure the magnetic flux density of the upper and lower air gaps, which also has a problem that the number of parts increases.

【０００７】ここで、アマチャに連結して設けられ、ア
マチャの変位方向に磁化された磁石と、該磁石からの磁
束を検知して、検知した磁束量に応じたセンサ出力を出
力する磁気センサとを備え、該磁気センサの出力に基づ
いてアマチャの変位を検出する装置について以下検討す
る。図８に、この変位検出装置の概要を示す。図に示さ
れるように、この変位検出装置の一実施例においては、
磁石は円筒形状の永久磁石であり、永久磁石は、伝達軸
を介してアマチャに連結されている。また、この永久磁
石は、アマチャを下方にバイアスするスプリング（図示
せず）を支持するスプリングシート上にはめこまれてい
る。アマチャが変位すると、伝達軸を介してアマチャに
連結された磁石が変位する。磁気センサが検知する磁石
からの磁束量は、磁石の変位に従って変化するので、磁
気センサの出力に基づいてアマチャ（バルブ）の変位を
検出することができる。Here, a magnet provided in connection with the armature and magnetized in the displacement direction of the armature, a magnetic sensor for detecting magnetic flux from the magnet and outputting a sensor output corresponding to the detected magnetic flux amount, And a device for detecting the displacement of the armature based on the output of the magnetic sensor will be discussed below. FIG. 8 shows an outline of this displacement detection device. As shown in the figure, in one embodiment of this displacement detection device,
The magnet is a cylindrical permanent magnet, and the permanent magnet is connected to the armature via a transmission shaft. The permanent magnet is fitted on a spring seat that supports a spring (not shown) that biases the armature downward. When the armature is displaced, the magnet connected to the armature via the transmission shaft is displaced. Since the amount of magnetic flux from the magnet detected by the magnetic sensor changes according to the displacement of the magnet, the displacement of the armature (valve) can be detected based on the output of the magnetic sensor.

【０００８】しかしながら、このようにスプリングシー
トの外に磁石を配置すると、機械的要因により磁石およ
びハウジングの間で干渉（接触、衝突など）が発生した
場合に、磁石にクラック（ひび、割れ目など）が発生す
るおそれがある。さらに、干渉が大きい場合には、磁石
が欠落するおそれがある。磁石にクラックおよび欠落が
発生すると、磁石から発生する磁束の分布に片寄りが生
じ、アマチャの変位を正確に検出することができなくな
るおそれがある。However, when the magnet is disposed outside the spring seat in this way, when interference (contact, collision, etc.) occurs between the magnet and the housing due to mechanical factors, cracks (cracks, cracks, etc.) are generated in the magnet. May occur. Furthermore, if the interference is large, the magnet may be missing. If a crack or a drop occurs in the magnet, the distribution of the magnetic flux generated from the magnet may be deviated, and the displacement of the armature may not be accurately detected.

【０００９】図９のグラフは、図８に示される変位検出
装置のセンサ出力特性を示す。アマチャは、閉弁側終端
位置（変位＝−４ｍｍ）と開弁側終端位置（変位＝＋４
ｍｍ）の間で変位する。グラフ１００は、変位検出装置
が正常に動作している場合のセンサ出力特性を示し、グ
ラフ１０１および１０２は、磁石にクラック、欠落など
の破損が生じた場合のセンサ出力特性を示す。このグラ
フから明らかなように、磁石に破損が生じると、変位に
対するセンサ出力の傾きが一定とならず、また開弁およ
び閉弁状態におけるセンサ出力が、正常時の出力特性に
比べて大きく変化するおそれがある。このように変位に
対して線形な出力を得ることができないと、バルブの駆
動をアマチャの変位に基づいて制御している場合、燃
費、エミッション低減、振動騒音などのエンジン性能に
支障をもたらすおそれがある。とりわけ磁石が欠落する
と、磁性材で構成されているばね、アマチャおよび電磁
石のヨークなどの部位に磁石が付着し、摺動部材に噛み
込まれてバルブが動作不良となるおそれがある。The graph of FIG. 9 shows the sensor output characteristics of the displacement detection device shown in FIG. The armature has a valve closing end position (displacement = -4 mm) and a valve opening end position (displacement = + 4 mm).
mm). Graph 100 shows the sensor output characteristics when the displacement detection device is operating normally, and graphs 101 and 102 show the sensor output characteristics when the magnet is damaged, such as cracking or missing. As is clear from this graph, when the magnet is damaged, the inclination of the sensor output with respect to the displacement does not become constant, and the sensor output in the open and closed states changes significantly compared to the output characteristics in a normal state. There is a risk. If a linear output with respect to the displacement cannot be obtained in this way, when the valve drive is controlled based on the displacement of the armature, there is a possibility that the engine performance such as fuel consumption, emission reduction, and vibration noise may be affected. is there. In particular, if the magnet is missing, the magnet may adhere to parts such as a yoke of a spring, an armature, and an electromagnet made of a magnetic material, and may be caught by the sliding member, resulting in malfunction of the valve.

【００１０】したがって、ハーネス本数および部品点数
の増加を招くことなく、安価な構造で機械要素の変位を
検出することができるとともに、機械的強度が向上され
た変位検出装置が必要とされている。また、たとえ磁石
にクラックが生じても、変位の検出性能に影響を及ぼさ
ない構造を有する変位検出装置が必要とされている。Therefore, there is a need for a displacement detecting device which can detect the displacement of a mechanical element with an inexpensive structure without increasing the number of harnesses and the number of parts, and which has improved mechanical strength. Further, there is a need for a displacement detection device having a structure that does not affect the displacement detection performance even if a crack occurs in the magnet.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明の変位検出装置は、変位可能な機械
要素と、該機械要素に連結した部材の内部に設けられ、
該機械要素の変位方向に磁化された磁石と、該磁石から
の磁束を検知して、検知した磁束量に応じたセンサ出力
を出力する磁気センサとを備え、該センサ出力に基づい
て、前記機械要素の変位を検出するという構成をとる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a displacement detecting device provided inside a displaceable mechanical element and a member connected to the mechanical element.
A magnet magnetized in the direction of displacement of the machine element, and a magnetic sensor that detects a magnetic flux from the magnet and outputs a sensor output corresponding to the detected magnetic flux amount; The configuration is such that the displacement of the element is detected.

【００１２】請求項１の発明によると、機械要素に連結
した部材の内部に磁石が設けられるので、変位検出装置
の機械的強度が向上する。さらに、磁石にクラックが生
じても、変位検出の性能に影響を及ぼすことなく機械要
素の変位を検出することができる。According to the first aspect of the present invention, since the magnet is provided inside the member connected to the mechanical element, the mechanical strength of the displacement detecting device is improved. Furthermore, even if a crack occurs in the magnet, the displacement of the mechanical element can be detected without affecting the performance of the displacement detection.

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石が中実であるという構成をと
る。According to a second aspect of the present invention, in the displacement detecting device according to the first aspect of the present invention, the magnet is solid.

【００１４】請求項２の発明によると、磁石が中実なの
で磁石の体積が増大するので、磁気センサの出力特性を
向上させることができる。According to the second aspect of the present invention, since the magnet is solid, the volume of the magnet increases, so that the output characteristics of the magnetic sensor can be improved.

【００１５】請求項３の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁気センサがホール素子であり、セ
ンサ出力がホール電圧であるという構成をとる。According to a third aspect of the present invention, in the displacement detecting device according to the first aspect of the present invention, the magnetic sensor is a Hall element and the sensor output is a Hall voltage.

【００１６】請求項３の発明によると、磁気センサとし
て磁束密度に比例したホール電圧を出力するホール素子
を使用するので、簡単な構造で変位に線形な出力を安定
的に得ることができる。According to the third aspect of the present invention, since a Hall element that outputs a Hall voltage proportional to the magnetic flux density is used as the magnetic sensor, a linear output can be stably obtained with a simple structure.

【００１７】請求項４の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石の変位方向の長さが、前記機械
要素が変位する量より長く、磁気センサにより検知され
る磁束量が、前記磁石の変位に対して線形に変化すると
いう構成をとる。According to a fourth aspect of the present invention, in the displacement detecting device of the first aspect, the length of the magnet in the direction of displacement is longer than the amount of displacement of the mechanical element, and the amount of magnetic flux detected by the magnetic sensor is: It is configured to change linearly with the displacement of the magnet.

【００１８】請求項４の発明によると、機械要素が変位
する量にわたって、変位に対して線形な出力を得ること
ができるので、変位を容易かつ正確に検出することがで
きる。According to the fourth aspect of the present invention, a linear output with respect to the displacement can be obtained over the amount of displacement of the mechanical element, so that the displacement can be detected easily and accurately.

【００１９】請求項５の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、前記機械要素に連結した部材は円筒
形状部分を有しており、磁石が、該円筒形状部分に収容
されることのできる円柱形状を有するという構成をと
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the displacement detecting device according to the first aspect of the present invention, the member connected to the mechanical element has a cylindrical portion, and the magnet is housed in the cylindrical portion. It has a configuration in which it has a cylindrical shape that can be used.

【００２０】請求項５の発明によると、円筒形状部分を
有した部材の内部に磁石を収容することができるので、
変位検出装置の機械的強度が向上する。さらに、磁石に
クラックが生じても、変位検出の性能に影響を及ぼすこ
となく機械要素の変位を検出することができる。According to the fifth aspect of the present invention, since the magnet can be housed inside the member having the cylindrical portion,
The mechanical strength of the displacement detection device is improved. Furthermore, even if a crack occurs in the magnet, the displacement of the mechanical element can be detected without affecting the performance of the displacement detection.

【００２１】請求項６の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石が永久磁石であるという構成を
とる。According to a sixth aspect of the present invention, in the displacement detecting device according to the first aspect of the present invention, the magnet is a permanent magnet.

【００２２】請求項６の発明によると、機械要素に連結
した部材に磁石を取り付けるのが容易である。また、す
でに磁化されているので、磁石からの磁束を簡単に検出
することができる。According to the sixth aspect of the present invention, it is easy to attach a magnet to a member connected to a mechanical element. In addition, since the magnet is already magnetized, the magnetic flux from the magnet can be easily detected.

【００２３】請求項７の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、前記機械要素に連結した部材は、ス
プリングを支持するスプリングシートを含み、該スプリ
ングシートが、非磁性材または非磁性材に近い特性を持
つ材料からなるという構成をとる。According to a seventh aspect of the present invention, in the displacement detecting device of the first aspect, the member connected to the mechanical element includes a spring seat for supporting a spring, and the spring seat is made of a non-magnetic material or a non-magnetic material. The structure is made of a material having properties close to those of the material.

【００２４】請求項７の発明によると、スプリングシー
トが非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料で構
成されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に変位
を検出することができる。According to the seventh aspect of the present invention, since the spring seat is made of a non-magnetic material or a material having characteristics close to the non-magnetic material, disturbance of the magnetic field is suppressed, and displacement can be detected more accurately. .

【００２５】請求項８の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、機械要素が、エンジンの吸排気バル
ブであるという構成をとる。According to an eighth aspect of the present invention, in the displacement detecting device of the first aspect, the mechanical element is an intake and exhaust valve of an engine.

【００２６】請求項８の発明によると、エンジンの吸排
気のバルブの変位を検出することができるので、バルブ
タイミングの精度を向上させることができる。According to the eighth aspect of the present invention, since the displacement of the intake and exhaust valves of the engine can be detected, the accuracy of the valve timing can be improved.

【００２７】請求項９の発明は、請求項７の発明の変位
検出装置において、スプリングシートは、伝達軸を介し
てエンジンの吸排気バルブに連結されており、該伝達軸
が、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料から
なるという構成をとる。According to a ninth aspect of the present invention, in the displacement detecting device according to the seventh aspect of the present invention, the spring seat is connected to an intake / exhaust valve of the engine via a transmission shaft, and the transmission shaft is made of a non-magnetic material or The structure is made of a material having characteristics similar to a non-magnetic material.

【００２８】請求項９の発明によると、漏れ磁束の影響
を軽減することができるので、より正確に機械要素の変
位を検出することができる。According to the ninth aspect of the present invention, the influence of the leakage magnetic flux can be reduced, so that the displacement of the mechanical element can be detected more accurately.

【００２９】[0029]

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施の形態を、エンジンのバルブを駆動する電磁アクチュ
エータを例にとって説明する。しかし、この発明は、エ
ンジンのバルブを駆動する電磁アクチュエータに限定さ
れるものではなく、広く機械要素を駆動する装置に適用
することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an electromagnetic actuator for driving a valve of an engine as an example. However, the present invention is not limited to an electromagnetic actuator that drives a valve of an engine, but can be widely applied to a device that drives a mechanical element.

【００３０】図１は、この発明の変位検出装置６５が搭
載される電磁アクチュエータ６０およびその制御装置５
０の全体的な構成を示すブロック図である。制御装置５
０は、マイクロコンピュータおよびこれに付随する回路
素子で構成され、各種センサからの信号を受け取る入力
インターフェース５１、中央演算処理装置５３（以下
「ＣＰＵ」という）、実行するプログラムおよびデータ
を格納するＲＯＭ５４（読み取り専用メモリ）、実行時
の作業領域を提供し演算結果などを記憶するＲＡＭ５５
（ランダムアクセスメモリ）、およびエンジン各部に制
御信号を送る出力インターフェース５２を備える。FIG. 1 shows an electromagnetic actuator 60 on which a displacement detecting device 65 according to the present invention is mounted, and its control device 5.
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a 0. Control device 5
Reference numeral 0 denotes a microcomputer and a circuit element associated therewith, an input interface 51 for receiving signals from various sensors, a central processing unit 53 (hereinafter referred to as a “CPU”), and a ROM 54 for storing a program to be executed and data ( A read-only memory), a RAM 55 that provides a work area at the time of execution and stores calculation results and the like.
(Random access memory), and an output interface 52 for sending a control signal to each part of the engine.

【００３１】制御装置５０の入力インターフェース５１
には、変位検出装置６５から変位を表す信号が入力され
る。また、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン水温（Ｔ
ｗ）、吸気温（Ｔａ）、バッテリ電圧（ＶＢ）、イグニ
ションスイッチ（IGSW）を表す各種センサ７９からの信
号が入力され、さらに要求負荷検出手段７８によって検
出された所望のトルクが入力される。要求負荷検出手段
７８は、たとえばアクセルペダルの踏み込み量を検出す
るアクセルペダルセンサにより実現することができる。The input interface 51 of the control device 50
, A signal representing the displacement from the displacement detection device 65 is input. Also, the engine speed (Ne) and the engine water temperature (T
w), an intake air temperature (Ta), a battery voltage (VB), and signals from various sensors 79 representing an ignition switch (IGSW) are input. Further, a desired torque detected by the required load detection means 78 is input. The required load detection means 78 can be realized by, for example, an accelerator pedal sensor that detects the amount of depression of an accelerator pedal.

【００３２】これらの入力に基づいて、制御装置５０
は、電力供給のタイミング、供給する電圧の大きさ、電
圧を供給する時間などのパラメータを、予めＲＯＭ５４
に格納されている制御プログラムに従って決定し、電磁
アクチュエータ６０を適切に制御するための制御信号を
出力インターフェース５２を介して出力する。Based on these inputs, the control unit 50
The parameters such as the timing of power supply, the magnitude of the voltage to be supplied, and the time for supplying the voltage are stored in the ROM 54 in advance.
And outputs a control signal for appropriately controlling the electromagnetic actuator 60 via the output interface 52.

【００３３】駆動回路７７は、制御装置５０からの制御
信号に従って、定電圧源７５から供給される電圧（たと
えば、１２Ｖ）を所定の電流になるようスイッチング
し、電磁アクチュエータ６０の電磁石６３に供給する。The drive circuit 77 switches the voltage (for example, 12 V) supplied from the constant voltage source 75 to a predetermined current according to a control signal from the control device 50 and supplies the voltage to the electromagnet 63 of the electromagnetic actuator 60. .

【００３４】電磁アクチュエータ６０は、バルブ６１、
アマチャ６２、電磁石６３および変位検出装置６５を備
える。電磁石６３に印加された電圧により、電磁石６３
に電流が流れ、これによりアマチャ６２に変位が生じ
る。アマチャ６２の変位に応じて、バルブ６１は開閉駆
動される。The electromagnetic actuator 60 includes a valve 61,
An armature 62, an electromagnet 63 and a displacement detection device 65 are provided. The voltage applied to the electromagnet 63 causes the electromagnet 63
Current flows through the armature 62, causing a displacement of the armature 62. The valve 61 is driven to open and close according to the displacement of the armature 62.

【００３５】変位検出装置６５は、永久磁石６６および
磁気センサとしてのホール素子６７を備える。永久磁石
６６は、アマチャ６２の変位に従って連動する。ホール
素子６７には、ホール素子用電圧源７１から電流が供給
される。ホール素子６７は、永久磁石６６から発生する
磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子６７の
出力端子のうち一方は制御装置５０に接続されており、
ホール素子６７の出力電圧を表す信号が入力インターフ
ェース５１を介して制御装置５０に送られる。ホール素
子６７の出力端子のうちの他方は接地されている（図の
７３）。The displacement detecting device 65 includes a permanent magnet 66 and a Hall element 67 as a magnetic sensor. The permanent magnet 66 moves in accordance with the displacement of the armature 62. A current is supplied to the Hall element 67 from the Hall element voltage source 71. The Hall element 67 outputs a voltage proportional to the magnetic flux density generated from the permanent magnet 66. One of the output terminals of the Hall element 67 is connected to the control device 50,
A signal representing the output voltage of the Hall element 67 is sent to the control device 50 via the input interface 51. The other of the output terminals of the Hall element 67 is grounded (73 in the figure).

【００３６】この実施例では、１台の自動車に吸気バル
ブ８個および排気バルブ８個の計１６個のバルブを搭載
しており、したがって電磁アクチュエータ６０が１６個
存在し、それぞれに変位検出装置６５が搭載される。上
記のホール素子６７のアース線７３をすべての電磁アク
チュエータ６０について共通化することで、信号線の数
を減らすことができる。また、ホール素子用電圧源７１
からホール素子６７への信号線を並列に接続することに
より、信号線の数を減らすことができる。こうして、電
磁アクチュエータ６０ごとに必要な信号線は、ホール素
子６７から入力インターフェース５１への信号線のみと
なり、全体として１６個のバルブに対し合計１８線のみ
で変位検出装置６５をすべての電磁アクチュエータ６０
に搭載することができる。In this embodiment, one vehicle is equipped with a total of 16 valves, 8 intake valves and 8 exhaust valves. Therefore, there are 16 electromagnetic actuators 60, each of which has a displacement detecting device 65. Is mounted. By making the ground wire 73 of the Hall element 67 common to all the electromagnetic actuators 60, the number of signal lines can be reduced. In addition, the voltage source 71 for the Hall element
The number of signal lines can be reduced by connecting in parallel the signal lines from to the Hall element 67. Thus, the only signal lines required for each electromagnetic actuator 60 are the signal lines from the Hall element 67 to the input interface 51, and the displacement detection device 65 is connected to all the electromagnetic actuators 60 with a total of only 18 lines for 16 valves.
It can be mounted on.

【００３７】図２は、図１に示されたこの発明の変位検
出装置６５が搭載される電磁アクチュエータ６０の全体
的な概略構造の断面図を示す。電磁アクチュエータ６０
は、バルブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載
部３２から構成されている。またこの実施例では、バル
ブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載部３２に
わたって伸長する伝達軸８は、アマチャの挙動の振れを
防止してバルブの開閉動作を円滑に行うことができるよ
う、伝達軸８ａ、８ｂおよび８ｃに分割されて構成され
ている。FIG. 2 is a sectional view showing the overall schematic structure of an electromagnetic actuator 60 on which the displacement detecting device 65 of the present invention shown in FIG. 1 is mounted. Electromagnetic actuator 60
Is composed of a valve opening / closing section 30, a driving section 31, and a displacement detection mounting section 32. Further, in this embodiment, the transmission shaft 8 extending across the valve opening / closing section 30, the driving section 31, and the displacement detection mounting section 32 prevents the behavior of the armature from swinging so that the valve opening / closing operation can be performed smoothly. It is divided into transmission shafts 8a, 8b and 8c.

【００３８】バルブ開閉部３０は、内燃機関の吸気通路
または排気通路（以下、吸排気通路という）２に設けら
れて該吸排気通路２を開閉するバルブ６１を備える。バ
ルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって上方向に
駆動されるとエンジンの吸排気通路２に設けられたバル
ブシート７に密着して停止し、吸排気通路２を閉じる。
バルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって下方向
に駆動されるとバルブシート７を離れ、バルブシート７
から所定の距離離れた位置まで下降して吸排気通路２を
開く。The valve opening / closing section 30 includes a valve 61 provided in an intake passage or an exhaust passage (hereinafter, referred to as an intake / exhaust passage) 2 of the internal combustion engine to open / close the intake / exhaust passage 2. When the valve 61 is driven upward by the electromagnetic actuator 60, the valve 61 comes into close contact with the valve seat 7 provided in the intake / exhaust passage 2 of the engine and stops, closing the intake / exhaust passage 2.
The valve 61 leaves the valve seat 7 when driven downward by the electromagnetic actuator 60, and the valve seat 7
The air intake / exhaust passage 2 is opened by descending to a position at a predetermined distance from the air inlet / outlet.

【００３９】バルブ６１には、その上方に向かって伝達
軸８が連結されている。伝達軸８ａの下端はバルブ６１
に一体に連結され、吸排気通路２の上壁部に設けられた
バルブガイド９によって軸方向に運動可能に保持されて
いる。さらに、伝達軸８ａは、バルブガイド９の周りに
設けられた下部スプリングシート１０および上部スプリ
ングシート１１の間に設けられた第１のスプリング部材
１２によって上方に付勢されている。こうして、伝達軸
８ａは、常に上方に向かって第１のスプリング部材１２
により付勢力が付与される。The transmission shaft 8 is connected to the valve 61 upward. The lower end of the transmission shaft 8a is a valve 61
And is held movably in the axial direction by a valve guide 9 provided on an upper wall portion of the intake / exhaust passage 2. Further, the transmission shaft 8a is urged upward by a first spring member 12 provided between a lower spring seat 10 and an upper spring seat 11 provided around the valve guide 9. Thus, the transmission shaft 8a always moves upward to the first spring member 12
Provides an urging force.

【００４０】駆動部３１は、バルブ６１を駆動するため
の機構を備える。駆動部３１における非磁性材（以下、
「非磁性材」という用語には、非磁性材に近い特性を持
つ材料も含まれるとする）のハウジング１８内には、上
方位置に設けられたソレノイド型の第１の電磁石５、下
方位置に設けられたソレノイド型の第２の電磁石６が設
けられている。図１に示した電磁石６３は、この第１の
電磁石５または第２の電磁石６に対応する。第１の電磁
石５は磁気ヨーク１５で、第２の電磁石６は磁気ヨーク
１６で囲まれている。さらに、第１の電磁石５および第
２の電磁石６の間には、アマチャ６２が配置される。ア
マチャ６２は円盤状の磁性金属によって形成されてお
り、第１の電磁石５および第２の電磁石６の磁気的吸引
力により上下に移動するよう構成されている。以下、ア
マチャ６２の変位する方向を単に変位方向という。The driving section 31 has a mechanism for driving the valve 61. The non-magnetic material (hereinafter, referred to as “the non-magnetic material”
The term “non-magnetic material” includes a material having characteristics close to non-magnetic material). Inside the housing 18, a first solenoid-type electromagnet 5 provided at an upper position and a lower electromagnet 5 at a lower position The provided solenoid-type second electromagnet 6 is provided. The electromagnet 63 shown in FIG. 1 corresponds to the first electromagnet 5 or the second electromagnet 6. The first electromagnet 5 is surrounded by a magnetic yoke 15 and the second electromagnet 6 is surrounded by a magnetic yoke 16. Further, an armature 62 is arranged between the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6. The armature 62 is formed of a disk-shaped magnetic metal, and is configured to move up and down by magnetic attraction of the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6. Hereinafter, the direction in which the armature 62 is displaced is simply referred to as a displacement direction.

【００４１】駆動部３１における伝達軸８ｂは、伝達軸
８ａの上端にキャップ部材２０を介して連結され、第２
の電磁石６の内側を貫通し、非磁性材による円筒状のガ
イド１３を介して軸方向に運動可能なように支持されて
いる。伝達軸８ｂの上端は、アマチャ６２を下方から支
持する。The transmission shaft 8b of the drive section 31 is connected to the upper end of the transmission shaft 8a via the cap member 20, and
And is supported so as to be able to move in the axial direction via a cylindrical guide 13 made of a non-magnetic material. The upper end of the transmission shaft 8b supports the armature 62 from below.

【００４２】駆動部３１における伝達軸８ｃの下端は、
アマチャ６２を上方から支持し、伝達軸８ｂの延長線上
を上方に伸長し、第１の電磁石５の内側を貫通し、非磁
性材による円筒状のガイド１４を介して軸方向に運動可
能なように支持されている。伝達軸８ｃの上端は、スプ
リングシート２５の下側に連結される。The lower end of the transmission shaft 8c in the drive section 31
The armature 62 is supported from above, extends upward on an extension of the transmission shaft 8b, penetrates the inside of the first electromagnet 5, and can move in the axial direction via the cylindrical guide 14 made of a nonmagnetic material. It is supported by. The upper end of the transmission shaft 8c is connected to the lower side of the spring seat 25.

【００４３】スプリングシート２５の上方には、固定部
材２４を介して設けられた上部スプリングシート１７が
あり、下部スプリングシート２５および上部スプリング
シート１７の間の第２のスプリング部材１９により、伝
達軸８ｃは下方に付勢されている。こうして、伝達軸８
ｃは、常に下方に向かって第２のスプリング部材１９に
より付勢力が付与される。したがって、第１のスプリン
グ部材１２の上方への付勢力および第２のスプリング部
材１９の下方への付勢力により、アマチャ６２は伝達軸
８ｂおよび８ｃによって上下に支持され、第１の電磁石
５および第２の電磁石６のいずれにも駆動電流が印加さ
れない状態では、第１の電磁石５および第２の電磁石６
の間の適宜な位置、例えば中央にくるようなバランスで
保持される。Above the spring seat 25, there is an upper spring seat 17 provided via a fixing member 24. The transmission spring 8c is provided by a second spring member 19 between the lower spring seat 25 and the upper spring seat 17. Is biased downward. Thus, the transmission shaft 8
As for c, the urging force is always applied downward by the second spring member 19. Therefore, the armature 62 is vertically supported by the transmission shafts 8b and 8c by the upward biasing force of the first spring member 12 and the downward biasing force of the second spring member 19, and the first electromagnet 5 and the second When no drive current is applied to any of the second electromagnets 6, the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6
The balance is maintained at an appropriate position between the two, for example, in the center.

【００４４】変位検出搭載部３２は、スプリングシート
２５およびセンサハウジング２２を備え、ここに、この
発明による変位検出装置６５が搭載される。スプリング
シート２５は伝達軸８の延長線上に連結され、その上方
部分に、円筒形状の突出部分２６を有している。この円
筒形状の突出部分２６の内部に、永久磁石６６（図４を
参照）が収容される。センサハウジング２２は、スプリ
ングシート２５の突出部分２６に対向するようスプリン
グシート２５の上方に設けられ、円筒形状をした固定部
材２４の内側表面に固定される。固定部材２４の底部に
おける外側表面には、スプリングシート１７が設けられ
ている。センサハウジング２２には、スプリングシート
２５の突出部分２６を収容することができるよう、下向
きに円筒状のガイド穴２３が設けられている。ガイド穴
２３の周壁には、ホール素子６７（図３を参照）が配置
される。The displacement detection mounting section 32 includes the spring seat 25 and the sensor housing 22, and the displacement detection device 65 according to the present invention is mounted therein. The spring seat 25 is connected to an extension of the transmission shaft 8 and has a cylindrical projecting portion 26 at an upper portion thereof. A permanent magnet 66 (see FIG. 4) is housed inside the cylindrical protruding portion 26. The sensor housing 22 is provided above the spring seat 25 so as to face the projecting portion 26 of the spring seat 25, and is fixed to an inner surface of a cylindrical fixing member 24. A spring seat 17 is provided on the outer surface at the bottom of the fixing member 24. The sensor housing 22 is provided with a cylindrical guide hole 23 facing downward so as to accommodate the projecting portion 26 of the spring seat 25. On the peripheral wall of the guide hole 23, a Hall element 67 (see FIG. 3) is arranged.

【００４５】ここで、スプリングシート２５は、非磁性
材（たとえば、ＳＵＨ６６０のような合金）または非磁
性材に近い特性を持つ材料（たとえば、ＳＵＳ３０３）
であるのが好ましい。磁性材とすると磁気的なバランス
が崩れるおそれがあるからである。Here, the spring seat 25 is made of a non-magnetic material (for example, an alloy such as SUH660) or a material having characteristics close to the non-magnetic material (for example, SUS303).
It is preferred that This is because if a magnetic material is used, the magnetic balance may be lost.

【００４６】また、スプリングシート２５に連結される
伝達軸８を、非磁性材（たとえば、ＳＵＨ６６０）また
は非磁性材の特性に近い材料（たとえば、ＳＵＳ３０
３）で構成するのが好ましい。第１および第２の電磁石
５および６とスプリングシート２５は、伝達軸８を介し
て配置されている。したがって、伝達軸８を非磁性材で
構成することにより、第１の電磁石５および第２の電磁
石６が通電されたときの漏れ磁束の、スプリングシート
２５の上方部分に対する影響を、抑制することができ
る。図に示されるように、伝達軸８は、８ａ、８ｂおよ
び８ｃの３つの部分から構成されている。伝達軸８ｃの
部分だけでなく、伝達軸８ｂおよび８ｃの２つの部分を
も非磁性材で構成することができる。The transmission shaft 8 connected to the spring seat 25 is made of a non-magnetic material (for example, SUH660) or a material having characteristics similar to that of a non-magnetic material (for example, SUS30).
It is preferable to configure in 3). The first and second electromagnets 5 and 6 and the spring seat 25 are arranged via the transmission shaft 8. Therefore, by configuring the transmission shaft 8 with a non-magnetic material, it is possible to suppress the influence of the leakage magnetic flux when the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6 are energized on the upper portion of the spring seat 25. it can. As shown in the figure, the transmission shaft 8 is composed of three parts 8a, 8b and 8c. Not only the portion of the transmission shaft 8c but also the two portions of the transmission shafts 8b and 8c can be made of a non-magnetic material.

【００４７】第１の電磁石５に電流が供給されると、第
１の電磁石のヨーク１５およびアマチャ６２が磁化され
て互いに吸引しあい、アマチャ６２が上方向に引きつけ
られる。その結果、伝達軸８によりバルブ６１が上方向
に駆動され、バルブシート７に密着して停止し、閉状態
になる。第１の電磁石５への電流供給を停止し、第２の
電磁石６に電流を流すと、第２の電磁石のヨーク１６お
よびアマチャ６２が磁化されてアマチャ６２を下方向に
吸引する力が働き、ばねのポテンシャルエネルギーと相
まってアマチャ６２が下方向に駆動され、第２の電磁石
のヨーク１６に接触した状態で停止する。その結果、伝
達軸８によりバルブ６１が下方向に駆動され、バルブ６
１は開状態になる。When a current is supplied to the first electromagnet 5, the yoke 15 and the armature 62 of the first electromagnet are magnetized and attract each other, and the armature 62 is attracted upward. As a result, the valve 61 is driven upward by the transmission shaft 8, comes into close contact with the valve seat 7, stops, and enters a closed state. When the current supply to the first electromagnet 5 is stopped and a current is supplied to the second electromagnet 6, the yoke 16 and the armature 62 of the second electromagnet are magnetized, and a force acts to attract the armature 62 downward, The armature 62 is driven downward in combination with the potential energy of the spring, and stops in contact with the yoke 16 of the second electromagnet. As a result, the valve 61 is driven downward by the transmission shaft 8, and the valve 6
1 is open.

【００４８】図３は、図２に示された電磁アクチュエー
タ６０の変位検出搭載部３２の一部を拡大した内部の断
面構造の概略を示す。前述したように、変位検出搭載部
３２は、スプリングシート２５およびセンサハウジング
２２を備えており、これらを介して変位検出装置６５が
取り付けられる。変位検出装置６５は、永久磁石６６お
よびホール素子６７を備える。永久磁石６６は、変位方
向に磁化された円柱形状の磁石である（図４を参照）。
スプリングシート２５の上方に突出した部分２６は円筒
形状を有しており、この円筒形状の突出部分２６の内部
に、永久磁石６６が収容される。ホール素子６７は、セ
ンサハウジング２２のガイド穴２３の周壁に、その感磁
面が突出部分２６の側面に並行して対向するようはめこ
まれる。図２および詳しくは図４に示されるように、永
久磁石６６が内部に搭載されたスプリングシート２５
は、伝達軸８ｃを介してアマチャ６２に連結されるの
で、永久磁石６６の変位を検出することによりアマチャ
６２の変位を検出することができる。FIG. 3 schematically shows an internal cross-sectional structure in which a part of the displacement detection mounting portion 32 of the electromagnetic actuator 60 shown in FIG. 2 is enlarged. As described above, the displacement detection mounting section 32 includes the spring seat 25 and the sensor housing 22, and the displacement detection device 65 is mounted via these. The displacement detection device 65 includes a permanent magnet 66 and a Hall element 67. The permanent magnet 66 is a columnar magnet magnetized in the direction of displacement (see FIG. 4).
The portion 26 projecting upward from the spring seat 25 has a cylindrical shape, and a permanent magnet 66 is housed inside the cylindrical projecting portion 26. The Hall element 67 is fitted on the peripheral wall of the guide hole 23 of the sensor housing 22 such that the magneto-sensitive surface faces the side surface of the protruding portion 26 in parallel. As shown in FIG. 2 and more particularly in FIG. 4, a spring seat 25 with a permanent magnet 66 mounted therein.
Is connected to the armature 62 via the transmission shaft 8c, the displacement of the armature 62 can be detected by detecting the displacement of the permanent magnet 66.

【００４９】図４は、スプリングシート２５の突出部分
２６、該突出部分２６の内部に収容される永久磁石６
６、およびホール素子６７の形状を示す。永久磁石６６
は中実であり、円柱形状を有している。また、永久磁石
６６は、上部がＮ極および下部がＳ極に磁化されてい
る。図に示されるように、永久磁石６６は、スプリング
シート２５の円筒形状をした突出部分２６の内部に上か
ら収容され、その後、たとえばエポキシ樹脂のような材
料でスプリングシート２５内に封止される。FIG. 4 shows the protruding portion 26 of the spring seat 25 and the permanent magnet 6 housed inside the protruding portion 26.
6 and the shape of the Hall element 67. Permanent magnet 66
Is solid and has a columnar shape. The permanent magnet 66 is magnetized with an N pole at the upper part and an S pole at the lower part. As shown in the figure, the permanent magnet 66 is housed from above inside the cylindrical protruding portion 26 of the spring seat 25, and then sealed in the spring seat 25 with a material such as epoxy resin. .

【００５０】図２に示されるように、伝達軸８は、８
ａ、８ｂおよび８ｃの３つの部分から構成されている。
この第３の実施形態では、少なくとも伝達軸８ｃの部分
が、非磁性材で構成される。しかし、伝達軸８ｂおよび
８ｃの２つの部分を非磁性材で構成することができ、ま
たは８ａ〜８ｃの３つの部分すべてを非磁性材で構成す
るようにしてもよい。また、この第３の実施形態におい
ても、前述したように、スプリングシート２５は非磁性
材から構成されるのが好ましい。As shown in FIG. 2, the transmission shaft 8 is
a, 8b and 8c.
In the third embodiment, at least a portion of the transmission shaft 8c is made of a non-magnetic material. However, two parts of the transmission shafts 8b and 8c can be made of a non-magnetic material, or all three parts 8a to 8c can be made of a non-magnetic material. Also, in the third embodiment, as described above, the spring seat 25 is preferably made of a non-magnetic material.

【００５１】このように、磁石がスプリングシートの内
部に固定されるので、変位検出装置の機械的強度が向上
する。すなわち、たとえスプリングシート２５がセンサ
ハウジング２２（図３）と干渉を起こしても、磁石に破
損が生じるおそれがない。また、スプリングシート２５
とセンサハウジング２２の間で強い干渉があって磁石に
クラックが生じた場合でも、磁石がスプリングシート内
に配置されているので磁石から発生する磁気的特性に変
化はなく、よってホール素子によって検知されるセンサ
出力特性は保証される。また、磁石が欠落しても、欠落
した磁石が周囲の部材に付着することはないので、バル
ブの動作不良を引き起こすおそれがない。As described above, since the magnet is fixed inside the spring seat, the mechanical strength of the displacement detecting device is improved. That is, even if the spring seat 25 interferes with the sensor housing 22 (FIG. 3), there is no possibility that the magnet will be damaged. Also, the spring seat 25
Even if there is a strong interference between the magnet and the sensor housing 22 and a crack occurs in the magnet, there is no change in the magnetic characteristics generated from the magnet since the magnet is arranged in the spring seat, and thus the magnet is detected by the Hall element. Sensor output characteristics are guaranteed. Further, even if the magnet is missing, the missing magnet does not adhere to the surrounding members, so that there is no possibility of causing a malfunction of the valve.

【００５２】ここで、便宜上、図４に示されるようにｘ
およびｙ軸を設定する。伝達軸に連結されたアマチャ６
２は、ｙ軸に沿って変位する。スプリングシートの突出
部分２６は、外径７ｍｍおよび内径６ｍｍの円筒形状で
ある。永久磁石６６は、直径が６ｍｍ弱の円柱形状であ
り、ｙ軸方向の長さ（以下、磁石長という）は９ｍｍで
ある。永久磁石６６の磁石長は、アマチャ６２の検出す
べき変位量より大きい値を持つよう定められる。これ
は、後述するように、永久磁石６６の磁石長の範囲にわ
たって、ホール素子６７により検知される磁束密度が、
ｙ軸方向の変位に対して線形に得られるからである。し
たがって、通常自動車の動弁系の場合、アマチャの変位
量が６〜８ｍｍに及ぶので、磁石長は余裕を持たせて少
し長い９ｍｍに設定される。Here, for convenience, x as shown in FIG.
And set the y-axis. Armature 6 connected to the transmission shaft
2 is displaced along the y-axis. The projecting portion 26 of the spring seat has a cylindrical shape with an outer diameter of 7 mm and an inner diameter of 6 mm. The permanent magnet 66 has a cylindrical shape with a diameter of less than 6 mm, and has a length in the y-axis direction (hereinafter, referred to as a magnet length) of 9 mm. The magnet length of the permanent magnet 66 is determined to have a value larger than the displacement of the armature 62 to be detected. This is because the magnetic flux density detected by the Hall element 67 over the range of the magnet length of the permanent magnet 66 is
This is because it is obtained linearly with respect to the displacement in the y-axis direction. Therefore, in the case of the valve train of a normal vehicle, the displacement of the armature ranges from 6 to 8 mm, and the magnet length is set to 9 mm, which is slightly longer to allow for a margin.

【００５３】ホール素子６７のｘ軸上の位置は、突出部
分２６の側面から所定距離離れて配置され、この実施例
では１．０ｍｍの距離に配置される。この距離が離れす
ぎると、ホール素子６７が検知できる磁束密度が大きく
低下するので、１〜２ｍｍぐらいが好ましい。ホール素
子６７のｙ軸方向の位置は、アマチャ６２が、図１の第
１の電磁石５および第２の電磁石６の間の中央にあると
き（すなわち、第１の電磁石５および第２の電磁石６の
いずれにも電流が印加されていない状態にあるとき）の
永久磁石６６のｙ軸方向の中心位置が、ホール素子６７
の中心に合うよう配置される。こうして、ホール素子６
７は、永久磁石６６からの磁束密度のｘ軸成分を検知す
る。The position of the Hall element 67 on the x-axis is arranged at a predetermined distance from the side surface of the protruding portion 26, and is arranged at a distance of 1.0 mm in this embodiment. If the distance is too large, the magnetic flux density that can be detected by the Hall element 67 is greatly reduced. The position of the Hall element 67 in the y-axis direction is determined when the armature 62 is located at the center between the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6 of FIG. 1 (that is, the first electromagnet 5 and the second electromagnet 6 (When no current is applied to any of the above), the center position of the permanent magnet 66 in the y-axis direction is
It is arranged to fit the center of. Thus, the Hall element 6
7 detects the x-axis component of the magnetic flux density from the permanent magnet 66.

【００５４】図４に示される構造は、磁石およびホール
素子の間にスプリングシートの側面が配置されるので、
図８に示される構造と比較して、磁石およびホール素子
の間の距離が長くなっている。すなわち、図８の例では
磁石およびホール素子の間の距離が１．０ｍｍであるの
に対し、図４の構造では、磁石およびホール素子の間は
１．５ｍｍである。このことは、ホール素子によるセン
サ出力特性の低下につながるが、磁石の体積を増大させ
ることにより回避することができる。図４の構造による
と、磁石は中実な円柱形状を有しており、図８に示され
る円筒形状の磁石と比較して、約１．５倍の体積を持
つ。結果として、磁石から発生する磁束量が増大し、図
８に示されるものよりもセンサ出力特性が向上する。In the structure shown in FIG. 4, since the side surface of the spring seat is arranged between the magnet and the Hall element,
The distance between the magnet and the Hall element is longer than in the structure shown in FIG. That is, in the example of FIG. 8, the distance between the magnet and the Hall element is 1.0 mm, whereas in the structure of FIG. 4, the distance between the magnet and the Hall element is 1.5 mm. This leads to a decrease in sensor output characteristics due to the Hall element, but can be avoided by increasing the volume of the magnet. According to the structure of FIG. 4, the magnet has a solid cylindrical shape, and has a volume approximately 1.5 times that of the cylindrical magnet shown in FIG. As a result, the amount of magnetic flux generated from the magnet increases, and the sensor output characteristics are improved as compared with those shown in FIG.

【００５５】永久磁石６６の形状および該磁石の磁化の
強さは、センサハウジング２２のガイド穴２３の大き
さ、および検出される磁束の大きさを考慮して最適化さ
れる。永久磁石６６は、他の実施例では上記とは逆の方
向に磁化することもできる。また、永久磁石６６の代わ
りに電磁石を用いることもでき、さらに円柱形状とは別
の他の任意の形状の磁石を用いることができる。また、
中実ではない形状の磁石を用いることもでき、円筒形状
のまま体積を増大させるようにしてもよい。さらに、磁
気センサの出力特性を向上させるため、磁石の材質を調
整することができる。The shape of the permanent magnet 66 and the intensity of the magnetization of the magnet are optimized in consideration of the size of the guide hole 23 of the sensor housing 22 and the size of the detected magnetic flux. The permanent magnet 66 can be magnetized in the opposite direction in other embodiments. In addition, an electromagnet can be used instead of the permanent magnet 66, and a magnet having any other shape than the columnar shape can be used. Also,
A non-solid magnet may be used, and the volume may be increased while maintaining a cylindrical shape. Further, the material of the magnet can be adjusted to improve the output characteristics of the magnetic sensor.

【００５６】図５は、ホール素子の原理を説明するため
の図である。ホール素子は、磁界に比例した電圧が得ら
れる素子であり、構造が簡単で小型、また機械的に動く
部分を持たないので丈夫で安定などの特長を持つ。図５
の（ａ）に示すように、図１に示されたホール素子用電
圧源７１からの電圧Ｖccをホール素子６７に印加して電
流Ｉhを流す。この状態でホール素子６７を磁界Ｈ（す
なわち磁束密度Ｂ）の中に置くと、ホール素子６７中の
電流Ｉｈが力を受け、端子４１および４３間にホール電
圧Ｖｈが発生する。電圧Ｖｈは、以下の式（１）で表さ
れる。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the Hall element. The Hall element is an element that can obtain a voltage proportional to a magnetic field, and has features such as a simple structure, small size, and robustness and stability because it has no mechanically moving parts. FIG.
(A), the voltage Vcc from the Hall element voltage source 71 shown in FIG. 1 is applied to the Hall element 67 to flow the current Ih. When the Hall element 67 is placed in the magnetic field H (that is, the magnetic flux density B) in this state, the current Ih in the Hall element 67 receives a force, and a Hall voltage Vh is generated between the terminals 41 and 43. The voltage Vh is represented by the following equation (1).

【００５７】[0057]

【数１】 Ｖh＝Ｋｓ・Ｉh・Ｂcosθ 式（１）Vh = Ks · Ih · Bcosθ Equation (1)

【００５８】ここで、Ｂcosθは磁束密度Ｂのｘ軸成分
（すなわち、ホール素子の感磁面に対して垂直な方向）
であり、以下Ｂｓで表す。Ｋsはホール係数と呼ばれる
ホール素子固有の値であり、電流Ｉhは、電圧源Ｖcc
（たとえば、５Ｖ）および入力抵抗値により定められる
駆動電流であり、いずれも使用するホール素子に応じて
規定される。Here, Bcos θ is the x-axis component of the magnetic flux density B (that is, the direction perpendicular to the magneto-sensitive surface of the Hall element).
And represented by Bs below. Ks is a value specific to a Hall element called a Hall coefficient, and the current Ih is expressed by a voltage source Vcc.
(For example, 5 V) and a drive current determined by the input resistance value, both of which are determined according to the Hall element used.

【００５９】式（１）から明らかなように、ホール電圧
Ｖｈは磁束密度Ｂｓに比例する。図５の（ｂ）は、ホー
ル電圧Ｖｈおよび磁束密度Ｂｓの比例関係を示すグラフ
である。このように、ホール素子６７を使用してホール
電圧Ｖｈを測定することにより磁束密度Ｂｓを容易に検
出することができる。さらに、ホール電圧Ｖｈの極性に
より、磁場の極性（ＮおよびＳ）を判別することもでき
る。As is apparent from the equation (1), the Hall voltage Vh is proportional to the magnetic flux density Bs. FIG. 5B is a graph showing a proportional relationship between the Hall voltage Vh and the magnetic flux density Bs. Thus, the magnetic flux density Bs can be easily detected by measuring the Hall voltage Vh using the Hall element 67. Further, the polarity (N and S) of the magnetic field can be determined from the polarity of the Hall voltage Vh.

【００６０】図６は、永久磁石６６の磁束密度のｘ軸成
分Ｂｓと、永久磁石６６のｙ軸方向の変位との関係を示
すグラフである。図６の（ａ）は、図４の永久磁石６６
を示し、便宜上、永久磁石６６の中心を原点として左右
方向にｘ軸、上下方向にｙ軸を設定する。永久磁石６６
は、ｙ軸に沿って上下に変位する。また、永久磁石６６
の磁石長は９ｍｍと想定する。さらに、ｘ軸上に原点か
らの距離１．５ｍｍのところに点Ａをとる。この点Ａの
位置は、前述したようにホール素子６７が置かれる位置
に対応する。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the x-axis component Bs of the magnetic flux density of the permanent magnet 66 and the displacement of the permanent magnet 66 in the y-axis direction. FIG. 6A shows the permanent magnet 66 of FIG.
For convenience, the x-axis is set in the left-right direction and the y-axis is set in the vertical direction with the center of the permanent magnet 66 as the origin. Permanent magnet 66
Is displaced up and down along the y-axis. Also, the permanent magnet 66
Is assumed to be 9 mm in length. Further, a point A is set on the x-axis at a distance of 1.5 mm from the origin. The position of the point A corresponds to the position where the Hall element 67 is placed as described above.

【００６１】図６の（ｂ）のグラフは、ｙ軸上を永久磁
石６６が上下に変位した時のｙ軸方向の位置に対する、
点Ａにおける磁束密度Ｂｓの変化を示す。永久磁石６６
の中心がｙ＝０の位置にあるとき、永久磁石６６のＮ極
およびＳ極からの磁界がｘ軸方向では打ち消し合うの
で、磁束密度Ｂｓはゼロとなる。永久磁石６６は、上が
Ｎ極および下がＳ極として磁化されており、磁化されて
いる方向に変位するので、永久磁石６６が原点から上に
向かって（すなわちｙ軸の＋方向に）変位すると、磁束
密度Ｂｓは負の領域で増加する（ここでの増加とは、磁
束密度Ｂｓの絶対値としての値、すなわち｜Ｂｓ｜が増
加することを意味する）。永久磁石６６の中心がｙ＝＋
４．５ｍｍの位置まで変位したとき、磁束密度Ｂｓは極
値をもつ。反対に、永久磁石６６が原点から下に向かっ
て（すなわちｙ軸の−方向に）変位すると、磁束密度Ｂ
ｓは正の領域で増加し、ｙ＝−４．５ｍｍの位置まで変
位したとき、磁束密度Ｂｓは極値をもつ。FIG. 6B is a graph showing the position in the y-axis direction when the permanent magnet 66 is displaced up and down on the y-axis.
5 shows a change in magnetic flux density Bs at point A. Permanent magnet 66
Is at the position of y = 0, the magnetic fields from the N and S poles of the permanent magnet 66 cancel each other out in the x-axis direction, so that the magnetic flux density Bs becomes zero. The permanent magnet 66 is magnetized as an N pole on the upper side and a S pole on the lower side, and is displaced in the magnetized direction. Therefore, the permanent magnet 66 is displaced upward from the origin (that is, in the + direction of the y-axis). Then, the magnetic flux density Bs increases in the negative region (the increase here means that the value as the absolute value of the magnetic flux density Bs, that is, | Bs | increases). The center of the permanent magnet 66 is y = +
When displaced to the position of 4.5 mm, the magnetic flux density Bs has an extreme value. Conversely, when the permanent magnet 66 is displaced downward from the origin (ie, in the negative direction of the y-axis), the magnetic flux density B
s increases in the positive region, and when displaced to the position of y = −4.5 mm, the magnetic flux density Bs has an extreme value.

【００６２】図６の（ｂ）のグラフで示される磁束密度
および変位の関係は、永久磁石６６の磁石長に依存して
変化する。磁石長９ｍｍの永久磁石６６が、その中心を
原点として上下に変位した場合、磁束密度Ｂｓは、永久
磁石６６の磁石長の半分の値（すなわち、±４．５ｍ
ｍ）に対応する位置で極値をとり、磁石長に対応する−
４．５＜ｙ＜４．５の範囲において、ｙ軸方向の変位に
対して線形な関係を持つ。したがって、永久磁石の磁石
長を、検出すべき変位量より長いものとすれば、検出さ
れる変位は永久磁石からの磁束密度と線形な関係を有
し、容易に変位を検出することができる。The relationship between the magnetic flux density and the displacement shown in the graph of FIG. 6B changes depending on the magnet length of the permanent magnet 66. When the permanent magnet 66 having a magnet length of 9 mm is displaced up and down with its center as the origin, the magnetic flux density Bs is half the value of the magnet length of the permanent magnet 66 (that is, ± 4.5 m).
Take the extremum at the position corresponding to m), corresponding to the magnet length-
In the range of 4.5 <y <4.5, the linear relationship is established with respect to the displacement in the y-axis direction. Therefore, if the length of the permanent magnet is longer than the amount of displacement to be detected, the detected displacement has a linear relationship with the magnetic flux density from the permanent magnet, and the displacement can be easily detected.

【００６３】また、図６の（ｂ）のグラフは、永久磁石
６６のＳおよびＮ極から点Ａまでの距離（この例では、
１．５ｍｍ）にも依存して変化する。すなわち、点Ａの
原点からの距離を変更すると、点Ａにおける磁束密度Ｂ
ｓの大きさが変化し、グラフに示される線形特性が変化
する。しかし、このような場合でも、磁石長が９ｍｍな
らば、−４．５＜ｙ＜４．５の範囲において磁束密度Ｂ
ｓはｙ軸方向の変位に対して線形な関係を持つ。The graph of FIG. 6B shows the distance from the S and N poles of the permanent magnet 66 to the point A (in this example,
1.5 mm). That is, when the distance of the point A from the origin is changed, the magnetic flux density B at the point A is changed.
The magnitude of s changes, and the linear characteristic shown in the graph changes. However, even in such a case, if the magnet length is 9 mm, the magnetic flux density B is within the range of -4.5 <y <4.5.
s has a linear relationship with the displacement in the y-axis direction.

【００６４】このように、ホール素子６７を点Ａに配置
すれば、図６の（ｂ）に示される永久磁石６６の変位に
対して線形な関係を持つ磁束密度Ｂｓがホール素子６７
により検知され、図５を参照して説明したように、検知
した磁束密度Ｂｓに比例したホール電圧Ｖｈが出力され
る。As described above, if the Hall element 67 is disposed at the point A, the magnetic flux density Bs having a linear relationship with the displacement of the permanent magnet 66 shown in FIG.
As described with reference to FIG. 5, a Hall voltage Vh proportional to the detected magnetic flux density Bs is output.

【００６５】図７は、ホール素子６７によって出力され
るホール電圧Ｖｈ（Ｖ）および永久磁石６６の変位の関
係を示すグラフである。グラフ１１０は、図４に示され
る構造を有する変位検出装置によって測定されたセンサ
出力特性を示し、グラフ１１１は、図８に示される構造
によって測定されたセンサ出力特性を示す。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the Hall voltage Vh (V) output by the Hall element 67 and the displacement of the permanent magnet 66. A graph 110 shows a sensor output characteristic measured by the displacement detection device having the structure shown in FIG. 4, and a graph 111 shows a sensor output characteristic measured by the structure shown in FIG.

【００６６】前述したように、出力ホール電圧Ｖｈと磁
束密度Ｂｓは比例関係にあり、さらに磁束密度Ｂｓは、
永久磁石の磁石長に対応する範囲における変位に対して
線形な関係をもつ。したがって、図７のグラフ１１０お
よび１１１に示されるように、ホール電圧Ｖｈは、磁石
長の範囲内において変位に対して線形な関係をもつ。As described above, the output Hall voltage Vh is proportional to the magnetic flux density Bs, and the magnetic flux density Bs is
It has a linear relationship with the displacement in the range corresponding to the magnet length of the permanent magnet. Therefore, as shown in the graphs 110 and 111 of FIG. 7, the Hall voltage Vh has a linear relationship with the displacement within the range of the magnet length.

【００６７】グラフ１１０は、グラフ１１１よりも良好
な出力特性を有する。これは、図８に示される磁石より
も、図４に示される磁石の方が大きい体積を持つからで
ある。このように、この発明に従う変位検出装置よる
と、磁石をスプリングシート内に配置することにより磁
石の体積を増大させることができるので、センサ出力特
性を向上させることができる。The graph 110 has better output characteristics than the graph 111. This is because the magnet shown in FIG. 4 has a larger volume than the magnet shown in FIG. As described above, according to the displacement detection device according to the present invention, since the magnet can be arranged in the spring seat to increase the volume of the magnet, the sensor output characteristics can be improved.

【００６８】こうして、図１に示される制御装置５０
は、変位検出装置６５のホール素子６７から出力された
ホール電圧Ｖｈを入力インターフェース５１を介して受
け取り、これに基づいてアマチャ６２の変位を検出す
る。制御装置５０は、この検出された変位に基づいて、
電磁アクチュエータ６０を適切に制御するための制御信
号を、出力インターフェース５２を介して駆動回路７７
に出力する。Thus, the control device 50 shown in FIG.
Receives the Hall voltage Vh output from the Hall element 67 of the displacement detection device 65 via the input interface 51, and detects the displacement of the armature 62 based on this. The control device 50, based on the detected displacement,
A control signal for appropriately controlling the electromagnetic actuator 60 is transmitted to the drive circuit 77 via the output interface 52.
Output to

【００６９】他の実施形態においては、ホール素子の代
わりに他の磁気センサを使用して変位検出装置を実現す
ることができる。たとえば、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）
は、磁界の変化に比例して抵抗が変化する。したがっ
て、磁気抵抗素子から、抵抗の変化に応じた出力電圧を
取り出すことにより、磁場の変化を検出することができ
る。In another embodiment, a displacement detecting device can be realized by using another magnetic sensor instead of the Hall element. For example, a magnetoresistive element (MR element)
The resistance changes in proportion to the change in the magnetic field. Therefore, a change in the magnetic field can be detected by extracting an output voltage corresponding to the change in the resistance from the magnetoresistive element.

【００７０】[0070]

【発明の効果】この発明によると、機械要素に連結した
部材の内部に磁石が設けられるので、変位検出装置の機
械的強度を向上させることができる。さらにこの発明に
よると、磁石にクラックが生じても、変位検出の性能に
影響を及ぼすことなく機械要素の変位を検出することが
できる。According to the present invention, since the magnet is provided inside the member connected to the mechanical element, the mechanical strength of the displacement detecting device can be improved. Further, according to the present invention, even if a crack occurs in the magnet, the displacement of the mechanical element can be detected without affecting the displacement detection performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タおよびその制御装置の全体を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an entire electromagnetic actuator and its control device according to an embodiment of the present invention.

【図２】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タの機械的構造を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a mechanical structure of an electromagnetic actuator according to one embodiment of the present invention.

【図３】この発明の一実施例における変位検出装置の機
械的構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a mechanical structure of a displacement detection device according to one embodiment of the present invention.

【図４】この発明の一実施例におけるスプリングシー
ト、永久磁石およびホール素子の形状を示す図。FIG. 4 is a diagram showing shapes of a spring seat, a permanent magnet, and a Hall element according to one embodiment of the present invention.

【図５】（ａ）ホール素子の原理、および（ｂ）磁束密
度と出力ホール電圧のグラフを示す図。5A is a diagram showing a principle of a Hall element, and FIG. 5B is a diagram showing a graph of magnetic flux density and output Hall voltage.

【図６】この発明の一実施例における（ａ）永久磁石、
および（ｂ）永久磁石の変位と磁束密度の関係を示す
図。FIG. 6 (a) a permanent magnet according to an embodiment of the present invention;
And (b) is a diagram showing the relationship between the displacement of the permanent magnet and the magnetic flux density.

【図７】この発明の一実施例および提案されている実施
例におけるセンサ出力特性を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing sensor output characteristics in one embodiment of the present invention and a proposed embodiment.

【図８】提案されている、磁石をスプリングシートの外
に配置した変位検出装置の構造を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the structure of a proposed displacement detection device in which a magnet is arranged outside a spring seat.

【図９】変位検出装置が正常な場合のセンサ出力特性、
および変位検出装置の磁石に破損が生じた場合のセンサ
出力特性を示すグラフ。FIG. 9 shows a sensor output characteristic when the displacement detection device is normal;
7 is a graph showing sensor output characteristics when the magnet of the displacement detection device is damaged.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

８ 伝達軸 ２２ センサハウ
ジング ２５ スプリングシート ２６ スプリング
シートの突出部分 ５０ 制御装置 ６０ 電磁アクチ
ュエータ ６１ バルブ ６２ アマチャ ６６ 永久磁石 ６７ ホール素子Reference Signs List 8 transmission shaft 22 sensor housing 25 spring seat 26 projecting part of spring seat 50 control device 60 electromagnetic actuator 61 valve 62 armature 66 permanent magnet 67 Hall element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 康雄 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA06 CA28 CA29 DA01 DA05 DB04 DD06 GA52 LA29 ZA01 2G064 AA15 AB03 AB23 BD11 2G087 AA15 CC02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yasuo Shimizu 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 2F063 AA02 BA06 CA28 CA29 DA01 DA05 DB04 DD06 GA52 LA29 ZA01 2G064 AA15 AB03 AB23 BD11 2G087 AA15 CC02

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】変位可能な機械要素と、 前記機械要素に連結した部材の内部に設けられ、前記機
械要素の変位方向に磁化された磁石と、 前記磁石からの磁束を検知して、検知した磁束量に応じ
たセンサ出力を出力する磁気センサとを備え、 前記センサ出力に基づいて、前記機械要素の変位を検出
する変位検出装置。1. A displaceable machine element, a magnet provided inside a member connected to the machine element, magnetized in a displacement direction of the machine element, and a magnetic flux from the magnet are detected and detected. A displacement detection device comprising: a magnetic sensor that outputs a sensor output in accordance with a magnetic flux amount; and a displacement detection device that detects displacement of the mechanical element based on the sensor output. 【請求項２】前記磁石が中実である請求項１に記載の変
位検出装置。2. The displacement detecting device according to claim 1, wherein said magnet is solid. 【請求項３】前記磁気センサがホール素子であり、前記
センサ出力がホール電圧である請求項１に記載の変位検
出装置。3. The displacement detecting device according to claim 1, wherein said magnetic sensor is a Hall element, and said sensor output is a Hall voltage. 【請求項４】前記磁石の変位方向の長さが、前記機械要
素が変位する量より長く、前記磁気センサにより検知さ
れる磁束量が、前記磁石の変位に対して線形に変化する
請求項１に記載の変位検出装置。4. The magnet according to claim 1, wherein the length of the magnet in the direction of displacement is longer than the amount of displacement of the mechanical element, and the amount of magnetic flux detected by the magnetic sensor changes linearly with the displacement of the magnet. 3. The displacement detection device according to 1. 【請求項５】前記機械要素に連結した部材は円筒形状部
分を有しており、前記磁石が、該円筒形状部分に収容さ
れることのできる円柱形状を有する請求項１に記載の変
位検出装置。5. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the member connected to the mechanical element has a cylindrical portion, and the magnet has a cylindrical shape that can be accommodated in the cylindrical portion. . 【請求項６】前記磁石が永久磁石である請求項１に記載
の変位検出装置。6. The displacement detecting device according to claim 1, wherein said magnet is a permanent magnet. 【請求項７】前記機械要素に連結した部材は、スプリン
グを支持するスプリングシートを含み、該スプリングシ
ートが、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料
からなる請求項１に記載の変位検出装置。7. The displacement according to claim 1, wherein the member connected to the mechanical element includes a spring seat for supporting a spring, and the spring seat is made of a non-magnetic material or a material having characteristics close to a non-magnetic material. Detection device. 【請求項８】前記機械要素が、エンジンの吸排気バルブ
である請求項１に記載の変位検出装置。8. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the mechanical element is an intake / exhaust valve of an engine. 【請求項９】前記スプリングシートは、伝達軸を介して
エンジンの吸排気バルブに連結されており、該伝達軸
が、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料から
なる請求項７に記載の変位検出装置。9. The system according to claim 7, wherein the spring seat is connected to an intake / exhaust valve of the engine via a transmission shaft, and the transmission shaft is made of a non-magnetic material or a material having characteristics close to a non-magnetic material. The displacement detection device according to the above.